Durante 30 años, Asdex Upgrade ha estado allanando el camino para una planta de energía de fusión que genera energía climáticamente neutra. La planta de fusión de tokamak se expandió y mejoró repetidamente durante este tiempo. No menos por esta razón, proporciona numerosos conocimientos que se incorporan al diseño y funcionamiento de otras plantas de fusión. Por ejemplo, El equipo de actualización de Asdex ha desarrollado escenarios para la operación de la planta de prueba Jet en el Reino Unido y la planta de prueba Iter en Francia, así como pronósticos para una planta de energía de demostración planificada. Una conversión planificada para mediados de 2022 está destinada a preparar la planta para el futuro.

El objetivo de la investigación de la fusión es desarrollar una central eléctrica respetuosa con el medio ambiente y el clima. Como el sol, su propósito es derivar energía de la fusión de núcleos atómicos. El combustible para esto es un extremadamente delgado, gas hidrógeno ionizado:un plasma. Para encender el fuego de fusión, el plasma debe estar encerrado en campos magnéticos casi sin contacto y calentado a más de 100 millones de grados.

Para regular la interacción entre el combustible caliente y las paredes circundantes, Los científicos del Instituto Max Planck de Física del Plasma han equipado el Asdex Upgrade con un desviador, que ha dado a la planta su nombre:Experimento de desviador simétrico axial. A través de un campo magnético adicional, el campo desviador elimina las impurezas del plasma y mejora su aislamiento térmico.

Sin embargo, a diferencia de su predecesor Asdex, la actualización de Asdex, el desviador y propiedades importantes del plasma, especialmente la densidad y la carga en las paredes, están más adaptados a las condiciones de una central eléctrica posterior. Equipado con un potente calentador de plasma y un sofisticado equipo de medición para observar el plasma, Por lo tanto, la actualización de Asdex se puede utilizar para desarrollar modos de funcionamiento para una planta de energía potencial. En 38, 700 descargas de plasma hasta la fecha, la planta ha respondido preguntas de investigación esenciales para el experimento conjunto europeo Jet y el reactor experimental internacional Iter, así como una planta de energía de demostración planificada.

Una pared de tungsteno para el vaso de plasma.

Con la actualización de Asdex, los investigadores dieron un paso significativo hacia una futura planta de energía de fusión cuando revistieron la pared del recipiente de plasma con tungsteno en lugar de carbono. El carbono tiene ventajas considerables para las plantas experimentales. Sin embargo, no es adecuado para el funcionamiento de una planta de energía porque está muy fuertemente erosionado por el plasma y se adhiere demasiado combustible a sí mismo. Debido a su alto punto de fusión, El tungsteno es muy adecuado como material de pared, al menos en principio. Pero el plasma se enfría rápidamente debido a las impurezas más pequeñas de los átomos de tungsteno que se liberan repetidamente de la pared. Después de mucha experimentación, el equipo de actualización de Asdex ha podido solucionar este problema.

Consecuencias directas de este éxito:en una reconstrucción importante, el experimento conjunto europeo Jet recibió un desviador de tungsteno en 2011. El equipo internacional del reactor experimental Iter decidió renunciar a los experimentos inicialmente planeados con un desviador de carbono y pasar directamente al tungsteno. El tungsteno también es el material de referencia para la planta de energía de demostración.

La inyección de hidrógeno previene las inestabilidades

En la interacción de las partículas de plasma cargadas con el campo magnético confinante, Pueden producirse diversas alteraciones del confinamiento del plasma. Estos incluyen inestabilidades en el borde de plasma o ELM (modos localizados de borde). En el proceso, el plasma de borde pierde brevemente su confinamiento y periódicamente arroja partículas de plasma y energía hacia las paredes del recipiente. Si bien las plantas de tamaño mediano como Asdex Upgrade pueden hacer frente a esto, el desviador en plantas grandes como Iter podría sobrecargarse. Para solucionar este problema, Se desarrollaron procedimientos para prevenir inestabilidades para la actualización de Asdex. Dieciséis pequeñas bobinas magnéticas en el recipiente de plasma suprimen completamente la inestabilidad con sus campos. Un segundo método comienza en el borde de plasma más externo. Si se puede establecer la forma correcta del plasma, a través del campo magnético, mientras se asegura una densidad de partículas suficientemente alta, mediante la inyección de hidrógeno, los ELM no se pueden desarrollar.

Asegurar un funcionamiento continuo

El funcionamiento continuo está garantizado por plantas de fusión del tipo tokamak, como Asdex Upgrade, Chorro, o Iter, que construyen la jaula magnética con dos campos magnéticos superpuestos:un campo en forma de anillo generado por bobinas magnéticas externas y el campo de una corriente que fluye en el plasma. Al combinar los campos magnéticos, las líneas de campo están torcidas de tal manera que encierran el plasma. La corriente de plasma normalmente es inducida por pulsos por una bobina de transformador en el plasma. A diferencia de los estelaradores más complicados, todo el sistema opera en pulsos, una deficiencia de los tokamaks.

Por lo tanto, los científicos del Instituto Max Planck de Física del Plasma están investigando varios métodos para generar continuamente la corriente en el plasma. Por ejemplo, inyectando ondas de alta frecuencia o haces de partículas que impulsan una corriente adicional en el plasma. De este modo, han logrado operar el sistema casi sin transformador y por primera vez en una máquina con una pared interior metálica prácticamente relevante. Si el Asdex Upgrade no hubiera sido equipado con bobinas de cobre normalmente conductoras, sino bobinas magnéticas superconductoras (como fue el caso de Iter), esta fase podría haberse extendido por mucho más tiempo, potencialmente hasta un funcionamiento continuo.

Qué pasará después

Durante los 30 años de funcionamiento de Asdex Upgrade, la forma del desviador se ha cambiado y optimizado varias veces. Los investigadores ahora quieren dar un paso más y probar un nuevo concepto de desviador. Dos bobinas magnéticas adicionales en el techo del recipiente de plasma están diseñadas para desplegar el campo del desviador de modo que la energía del plasma se distribuya en un área más grande. Está previsto que el montaje de las bobinas comience a mediados de 2022. Tales expansiones también permitirán futuras investigaciones en el tokamak de Garching para resolver los problemas de una futura planta de energía de demostración. "De muchas maneras, la actualización de Asdex puede verse como un modelo para una planta de energía de fusión de tokamak, ", dice el líder del proyecto Arne Kallenbach." Junto con los códigos informáticos recientemente desarrollados, las descargas de muestra desarrolladas durante 30 años proporcionan información confiable para una planta de energía ".